環(huán)面蝸輪蝸桿減速器

1、第一章 調(diào)研報告 減速器的作用減速器在原動機和工作機之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，在現(xiàn)代機械中應用極為廣泛。減速器按用途可分為通用減速器和專用減速器兩大類，二者的設計、制造和使用特點各不相同。7080年代，世界減速器技術(shù)有了很大發(fā)展。通用減速器體現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：（1）高水平、高性能。（2）積木式組合設計?；緟?shù)采取優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊、零件通用性和互換性強、系列容易擴充和花樣翻新，利于組織批量生產(chǎn)和降低成本。（3）形式多樣化、變型設計多。擺脫了傳統(tǒng)的單一底座安裝方式，增添了空心軸懸掛式、浮動支承底座、電動機與減速機一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式，擴大使用范圍。促進減速器水平提高的主要因

2、素有：（1）硬齒面技術(shù)的發(fā)展和完善，如大型磨齒技術(shù)、滲碳淬火工藝、齒輪強度計算方法、修形技術(shù)、變形及三、優(yōu)化設計方法、齒根強化及其元化過渡、新結(jié)構(gòu)等。（2）用好的材料，普遍采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件，材料和熱處理質(zhì)量控制水平高。（3）結(jié)構(gòu)設計更合理。（4）加工精度提高到ISO5-6級。（5）軸承質(zhì)量和壽命提高。（6）潤滑油質(zhì)量提高。 齒輪減速器的特點齒輪傳動是機械傳動中重要的傳動之一，形式很多，應用廣泛，傳遞的功率可達近十萬千瓦，圓周速率可達200m/s。齒輪傳動的特點主要有：1 效率高 在常用的機械傳動中，以齒輪傳動效率最高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達99。2 結(jié)構(gòu)緊湊 在同樣的使用條件下，齒

3、輪傳動所需的空間尺寸一般比較小。3 工作可靠，壽命長 設計制造正確合理，使用維護良好的齒輪傳動，工作可靠，壽命可長達一，二十年，這也是其它機械傳動所不能比擬的。4 傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動能廣泛應用，也是因為具有這一特點。但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格昂貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。 蝸桿減速器的特點蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸之間傳遞運動和動力的一種機構(gòu)，兩軸交錯的夾角可為任意值，常用的為90度，這種傳動由于具有下述特點，故應用頗為廣泛。1 當使用單頭蝸桿時，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過了一個齒距，因而能實現(xiàn)大的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比I=5-8

4、0;在分度機構(gòu)或手動機構(gòu)中，傳動比可達300；若只傳遞運動，傳動比可達1000。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。2 在桿蝸傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。3 當蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動更具有自鎖性。4 蝸桿傳動與螺旋齒輪傳動相似，在嚙合處有相對滑動。當滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴重的磨擦和磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此磨損較大，效率低；當蝸桿傳動具有自鎖性時，效率僅為0.4左右。同時由于摩擦與磨損嚴重，常需耗用有色金屬制造蝸輪

5、，以便與鋼制的蝸桿配對組合成減磨性良好的滑動摩擦劑。根據(jù)蝸桿分度曲面的形狀，蝸桿傳動可以分成三大類：圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動。蝸桿分度曲面是圓環(huán)內(nèi)表面的一部分，蝸桿軸線平面內(nèi)理論齒廓為直線的蝸桿傳動稱為直廓環(huán)面蝸桿傳動，俗稱“球面蝸輪傳動”。它始于1921年的美國造船業(yè)，其代表產(chǎn)品是美國CONE DRIVE，50年代起在我國得到推廣應用。與普通圓柱蝸桿傳動相比，這種蝸桿同時包容齒數(shù)多，雙線接觸線形成油膜條件好，兩齒面接觸線誘導法曲率半徑大。因此，承載能力是相同中心矩普通蝸桿的1.53倍（小值適應于小中心矩，大值適應于大中心矩）。在傳遞同樣功率時，中心矩可縮小20%-40%。由于性

6、能優(yōu)良，美國、日本、俄羅斯等國都將這種傳動作為動力傳動中的主要形式之一廣泛使用。美國生產(chǎn)產(chǎn)品系列中心矩為151320；速比為5343000；最高傳動效率可達97%。我國經(jīng)過40年的研究和發(fā)展，目前這種蝸桿的生產(chǎn)品種也十分可觀，最大中心矩可達到1200；最少齒數(shù)比為5；蝸桿頭數(shù)達6；最高傳動效率可達94%。這種蝸桿傳動分為“原始型”和“修整型”兩種?！霸夹汀敝崩h(huán)面蝸桿的螺旋齒面的形成為：一條與成形圓相切、位于蝸桿軸線平面內(nèi)的直線，在繞成形圓的圓心作等角速的旋轉(zhuǎn)運動的同時，又與成形圓一起圍繞蝸桿的軸線作等角速的旋轉(zhuǎn)運動，這條直線在空間形成的軌跡曲面，就是直廓環(huán)面蝸桿的齒面。由于蝸桿齒面的發(fā)生線

7、是直線刀刃，蝸桿螺旋面是直線刀刃形成的不可展直紋面而不是由包絡產(chǎn)生的，難以實現(xiàn)磨削，這種蝸桿制造鋼筋工藝比較復雜，不易獲得高精度的傳動，這是直廓環(huán)面蝸桿傳動的主要缺點?！靶拚汀敝崩h(huán)面蝸桿螺旋面的形成，基本上與“原始型”相同，不同之處在于加工時根據(jù)設計要求的修形曲線，將加工參數(shù)加以改變。一般常用的有：變位異速修形和變速比修形兩種工藝方法。變位異速修形方法就是在加工蝸桿時，刀具位置及固定傳動比不同于蝸桿副工作時的位置及速比。變速比修形方法則是加工時瞬時傳動比按一定規(guī)律變化。用修形加工方法加工的蝸桿與由修形滾刀加工成的蝸輪組成“修整型”直廓環(huán)面蝸桿傳動，消除了蝸輪齒面中部棱線接觸，不僅改善了裝配

8、條件，減少了誤差敏感性，更重要的是：與“原始型”蝸桿傳動比較，接觸區(qū)擴大，形成油膜條件好，包容齒數(shù)間載荷有平均作用，因而其承載能力、嚙合性能和傳動效率均較“原始型”高。準平行嚙合線二次包絡環(huán)面蝸桿是河南省焦作市科林齒輪有限公司的一項科研成果。蝸輪滾刀是可鏟背可磨削的，蝸輪齒面沒有脊線，運動不會產(chǎn)生干涉。工裝和理論相吻合。和同類蝸桿相比，它還具有以下幾個特點：1 瞬時接觸線和相對運動速度方向夾角穩(wěn)定，且接近90度。2 蝸輪齒面是用鏟背滾刀制造加工而成，因此蝸輪齒面接觸面大、質(zhì)量穩(wěn)定。3 同時參加嚙合的蝸輪齒數(shù)多，一般可達為蝸桿齒數(shù)）。4 蝸輪齒面無脊線，傳遞運動時不會產(chǎn)生干涉。因此這種蝸桿傳動承

9、載功率大，動壓油涵穩(wěn)定傳動、噪聲低、平衡溫度低等特征。由以上分析可以看出，雖然普通齒輪減速器具有效率高，工作可靠，壽命長，傳動比穩(wěn)定等優(yōu)點，但是不具備設計條件中重點要求的自鎖性，所以不能選用；而準平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器，它具有普通環(huán)面蝸桿減速器所不具備的很多優(yōu)點。第一章 選定設計方案根據(jù)設計要求并結(jié)合以上分析，我們在設計中采用準平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器。具體設計方案是：選用的電動機輸出轉(zhuǎn)速是940r/min，由凸緣聯(lián)軸器將電動機軸和準平行嚙合線環(huán)面蝸桿減速器的輸入軸相聯(lián)接，經(jīng)過減速器的減速，電動機輸出的轉(zhuǎn)速降為18.8r/min，再有凸緣聯(lián)軸器將減速器的輸出軸與滾筒軸聯(lián)接，將減速器輸出軸的轉(zhuǎn)

10、速傳給滾筒，滾筒轉(zhuǎn)動帶動繞在其上面的鋼絲繩旋轉(zhuǎn)，由鋼絲繩提起具有一定質(zhì)量的燈具。1電動機 2 聯(lián)軸器 3 蝸輪蝸桿減速器4 聯(lián)軸器 5 滾筒圖2-1減速器第二章 電動機的選擇2.1 初選電動機類型和結(jié)構(gòu)型式 電動機是專門工廠批量生產(chǎn)的標準部件，設計時要根據(jù)工作機的工作特性、電源種類(交流或直流)、工作條件(環(huán)境溫度、空間位置等)、載荷大小和性質(zhì)(變化性質(zhì)、過載情況等)、起動性能和起動、制動、正反轉(zhuǎn)的頻繁程度等條件來選擇電動機的類型、結(jié)構(gòu)、容量(功率)和轉(zhuǎn)速，并在產(chǎn)品目錄中選出其具體型號和尺寸。 電動機分交流電動機和直流電動機兩種。由于生產(chǎn)單位一般多采用三相交流電源，因為此，無特殊要求時均應選用

11、三相交流電動機，其中以三相異步交流電動機應用最廣泛。根據(jù)不同防護要求，電動機有開啟式、防護式、封閉自扇冷式和防爆式等不同的結(jié)構(gòu)型式。 Y系列三相籠型異步電動機是一般用途的全封閉自扇冷式電動機，由于其結(jié)構(gòu)簡單、工作作可靠、價格低廉、維護方便，因此廣泛應用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械上，如金屬切削機床、運輸機、風機、攪拌機等。對于經(jīng)常起動，制動正反轉(zhuǎn)的機械，如起重、提升設備，要求電動機具有較小的轉(zhuǎn)動慣量和較大過載能力，應選用冶金及起重用三相異步電動機Yz型(籠型)或YzR型(繞線型)。 電動機的容量(功率)選擇的是否合適，對電動機的正常工作和經(jīng)濟性都有影響。容量選得過小，不能保

12、證工作機正常工作，或使電動機因超載而過早損壞；而容量選得過大，則電動機的價格高，能力又不能充分利用，而且由于電動機經(jīng)常不滿載運行，其效率和功率因數(shù)較低，增加電能消耗而造成能源的浪費。電動機的容量主要根據(jù)電動機運行時的發(fā)熱條件來決定。 由以上的選擇經(jīng)驗和要求，我選用：三相交流電 Y系列籠型三相異步交流電動機。2.2 電動機的容量2.2.1 確定減速器所需的功率由滾筒圓周力和滾筒速度v,得其中：（N）m提升重量，m=450kg， Ns帶入數(shù)據(jù)得= KWKW2.2.2確定傳動裝置效率傳動裝置的效率由以下的要求：(1) 軸承效率均指一對軸承而言。 (2) 同類型的幾對運動副或傳動副都要考慮其效率，不要

13、漏掉。 (3) 蝸桿傳動的效率與蝸桿頭數(shù)z1有關，應先初選頭數(shù)后，然后估計效率。此外，蝸桿傳動的效率中已包括了蝸桿軸上一對軸承的效率，因此在總效率的計算中蝸桿軸上軸承效率不再計入。各傳動機構(gòu)和軸承的效率為：法蘭效率：設計中，電動機與減速器相連的法蘭，相當于一個凸緣聯(lián)軸器一級環(huán)面蝸桿傳動效率: 一對滾動軸承傳動效率：凸緣聯(lián)軸器效率：從電動機至工作機主動軸之間的總效率故傳動裝置總效率：， 電動機的輸出功率考慮傳動裝置的功率損耗，電動機輸出功率則， KW 2.2.3電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)根據(jù)計算的功率可選定電動機額定功率，取同步轉(zhuǎn)速1000，6級由簡明機械設計手冊選用Y100L6三相異步電動機，其主要參數(shù)

14、如下電動機額定功率：=1.5kw； 電動機滿載轉(zhuǎn)速：=940電流： I=5.6A電動機外形和安裝尺寸為： D=28mmE=60mmH=100mm A=160mm B=140mm C=63mm K=12mm AB=205mm AD=180mm AC=105mm HD=245mm AA=40mm BB=176mm 第三章 傳動裝置的傳動比及動力參數(shù)計算3.1 傳動裝置運動參數(shù)的計算3.1.1各軸功率計算=KW =KW 3.1.2各軸轉(zhuǎn)速的計算n940， nn940/50=18.83.1.3各軸輸入扭矩的計算表3-1參數(shù)列表：軸名功率Kw轉(zhuǎn)速扭矩蝸桿軸1.4794014.93蝸輪軸0.9718.84

15、92.74第四章 減速器部件的選擇計算4.1 蝸桿傳動設計計算4.1.1 選擇蝸桿、蝸輪材料1.選擇蝸桿傳動的類型采用準平行環(huán)面蝸桿傳動.2.選擇蝸桿、蝸輪材料，確定許用應力考慮蝸桿傳動中，傳遞的功率不大，速度只是中等，根據(jù)機械零件課程設計表52，蝸桿選用40Cr，因希望效率高些，耐磨性好故蝸桿螺旋齒面要求：調(diào)質(zhì)HB265285.蝸輪選用鑄錫磷青銅ZQSn10-1，金屬模鑄造，為了節(jié)約貴重有色金屬，僅齒圈用錫磷青銅制造，輪芯用灰鑄鐵HT100制造由機械零件課程設計表53查得蝸輪材料的許用接觸應力 =190由機械零件課程設計表55查得蝸輪材料的許用彎曲應力=444.1.2 確定蝸桿頭數(shù)Z及蝸輪齒

16、數(shù)Z由機械零件課程設計表56，選取Z1則ZZ·i1×5050故取Z504.1.3 驗算滾筒的速度實際傳動比 i50/1工作機滾筒轉(zhuǎn)速 n940/50=18.8鋼絲繩的提升速度= m/s速度誤差0.78<5%，合適4.1.4 確定蝸桿蝸輪中心距a 1.確定蝸桿的計算功率式中 K使用場合系數(shù)，每天工作一小時,輕度震動由機械工程手冊查得：K0.7；K制造精度系數(shù)，取7級精度，查得：K0.9；K材料配對系數(shù)，齒面滑動速度 < 10由機械工程手冊查得：K0.85。代入數(shù)據(jù)得KW以等于或略大于蝸桿計算功率所對應的中心距作為合理的選取值根據(jù)機械工程手冊/傳動設計卷（第二版）表

17、2·522a，選取蝸桿的中心距：a100mm.a100mm由于準平行二次包絡環(huán)面蝸桿為新型得蝸桿,它的優(yōu)點是:接觸面大,導程角,它的值穩(wěn)定且一定,則潤滑好,接.觸面大應直接根據(jù)“原始型”傳動蝸桿設計參數(shù)。4.1.5蝸桿傳動幾何參數(shù)設計準平行二次包絡環(huán)面蝸桿的幾何參數(shù)和尺寸計算表1.中心距：由機械工程手冊/傳動設計卷（第二版）標準選取a=100mm2.齒數(shù)比：u503.蝸輪齒數(shù)：由機械工程手冊/傳動設計卷（第二版）選取4.蝸桿頭數(shù)：由機械工程手冊/傳動設計卷（第二版）選取5.蝸桿齒頂圓直徑：機械工程手冊/傳動設計卷（第二版）表2.516選取 =45mm6.蝸輪輪緣寬度：機械工程手冊/傳

18、動設計卷（第二版）表2.516選取b=28mm7.蝸輪齒距角：8.蝸桿包容蝸輪齒數(shù)：K=59.蝸輪齒寬包角之半：0.5（K0.45）=10.蝸桿齒寬：機械工程手冊/傳動設計卷（第二版）表2.516選取=53mm11.蝸桿螺紋部分長度：機械工程手冊/傳動設計卷（第二版）表2.516，選取=59mm12.蝸桿齒頂圓弧半徑：機械工程手冊/傳動設計卷（第二版）表2.516，選取R=82mm13.成形圓半徑：機械工程手冊/傳動設計卷（第二版）表2.516選取=65mm14.蝸桿齒頂圓最大直徑：機械工程手冊/傳動設計卷（第二版）表2.516，選取=53.8mm15.蝸輪端面模數(shù)：m=mm16.徑向間隙：=

19、0.5104mm17.齒頂高：h=0.75 m=2.233mm18.齒根高：h= h+ C=2.7434mm19.全齒高：h= h+ h=4.9764mm20.蝸桿分度圓直徑：（0.624）a40.534mm21.蝸輪分度圓直徑：2a159.466mm22.蝸輪齒根圓直徑：d2 h=153.9792mm23.蝸桿齒根圓直徑：d2 h=35.05，判斷：因為=28.12mm,滿足要求24.蝸輪喉圓直徑：d2 h=163.932mm25.蝸輪齒根圓弧半徑：=82.475mm26.蝸桿螺紋包角之半：=27.蝸輪喉母圓半徑：=25.88mm28.蝸輪外緣直徑：由作圖可得=164.95mm29.蝸桿分度圓導程角：=30.蝸桿平均導程角：31.分度圓壓力角：=32.蝸桿外徑處肩帶寬度：取3mm33.蝸桿螺紋兩端連接處直徑：=35mm34.蝸輪分度圓齒厚：數(shù)